مشخصات مقاله
مشخصات کتابشناختی مقاله علمی مرتبط با این دستاورد، بهصورت خلاصه در جدول زیر آمده است.
شناسنامه مقاله
| عنوان مقاله | ارزیابی احتمالاتی لرزه ای پلهای بتنآرمه جعبهای با پایههای نابرابر (نامنظم ارتفاعی)تحت اثر برخورد ناشی از زلزله |
| Probabilistic seismic assessment of RC box-girder highway bridges with unequal-height piers subjected to earthquake-induced pounding | |
| نویسندگان | Hossein Rezaei, Seyyed Amirhossein Moayyedi, Robert Jankowski |
| نشریه | Bulletin of Earthquake Engineering (Springer) |
| سال انتشار | 2020 |
| جلد / صفحات | Vol. 18, pp. 1547–1578 |
| DOI | https://doi.org/10.1007/s10518-019-00764-4 |
| حوزه تخصصی
|
مهندسی مبتنی بر ریسک
پل های بتن مسلح برخورد ناشی از زلزله ارزیابی لرزه ای احتمالی ارزیابی مبتنی بر عملکرد |
| Probabilistic Seismic Assessment
Seismic Pounding RC Bridges Risk-Based Engineering |
معرفی دستاورد علمی
در ادامه به بررسی خواهیم پرداخت؛
خلاصه اجرایی
در پلهای بتنآرمه جعبهای با پایههای نابرابر (نامنظم ارتفاعی)، رفتار لرزهای سازه به شدت تحت تأثیر نامنظمی هندسی و برخورد لرزهای (Seismic Pounding) قرار دارد. این پژوهش نشان میدهد که نادیده گرفتن پدیده برخورد در تحلیلهای متداول میتواند منجر به کمبرآورده شدن قابل توجه ریسک لرزهای و در نتیجه تصمیمهای نادرست در ارزیابی ایمنی و مقاومسازی پلها شود. این مقاله یکی از مبانی علمی رویکرد شرکت بهسازان لرزهای رعد در ارزیابی لرزهای واقعگرایانه و مبتنی بر ریسک سازههای زیرساختی است.
معرفی دستاورد علمی
این پژوهش یک چارچوب جامع ارزیابی لرزهای احتمالاتی برای پلهای بتنآرمه جعبهای نامنظم ارائه میدهد که در آن اثر همزمان نامنظمی ارتفاع پایهها، فاصله درز انبساط، ویژگیهای زلزله و رفتار تماس بین دهانهها بهصورت صریح لحاظ شده است.
برخلاف بسیاری از مطالعات پیشین که برخورد لرزهای را سادهسازی میکنند، در این مقاله برخورد بهعنوان یکی از مکانیزمهای مؤثر در تغییر پاسخ کلی سیستم پل و افزایش آسیبپذیری لرزهای بررسی شده است.
مسئله مهندسی که مقاله حل میکند
در پروژههای واقعی ارزیابی لرزهای پلها، این پرسش اساسی مطرح است:
آیا نتایج تحلیل بدون درنظرگیری برخورد لرزهای میتواند نماینده رفتار واقعی پل باشد؟
نتایج پژوهش حاکی از آن است که:
- برخورد لرزهای میتواند بهطور معناداری سطح تقاضای لرزهای را تغییر دهد
- برخی پارامترها (مانند فاصله درز و نسبت دوره تناوب دهانهها) نقش کلیدی در شدت و احتمال وقوع برخورد دارند
- نادیده گرفتن این پدیده میتواند منجر به برداشت غیرواقعی از ایمنی پل شود
روششناسی و نوآوری پژوهش
در این مطالعه:
- بیش از ۱۴۰۰ تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی سهبعدی در نرم افزار OpenSees انجام شده است
- پلهای دو، سه و چهار دهانه با سطوح مختلف نامنظمی ارتفاع پایهها مدلسازی شدهاند
- عدمقطعیتهای کلیدی شامل رکوردهای زلزله، فاصله درز، خواص مصالح و هندسه سازه بهصورت نظاممند وارد تحلیل شدهاند
نوآوریهای اصلی پژوهش عبارتاند از:
- ارائه روابط مهندسی برای تخمین نیروی برخورد تحت اثر زلزله
- توسعه مدلهای معادل سادهشده برای بررسی رفتار تماس
- تحلیل احتمال وقوع یا عدم وقوع برخورد بر اساس نسبت دوره تناوب دهانههای مجاور
نتایج کلیدی
یافتههای این پژوهش نشان میدهد که:
- فاصله درز انبساط مؤثرترین پارامتر در کنترل شدت برخورد لرزهای است
- افزایش نامنظمی ارتفاع پایهها باعث افزایش نیروی برخورد و پراکندگی پاسخ لرزهای میشود
- نیروی برخورد در پلهای نامنظم میتواند چندین برابر پلهای منظم باشد
- برخی شاخصهای شدت زلزله همبستگی بالایی با نیروی برخورد دارند
این نتایج بهطور مستقیم برای طراحی درزهای لرزهای، ارزیابی ایمنی کولهها و تصمیمگیری مقاومسازی پلها قابل استفاده هستند.
کاربرد مستقیم در پروژههای رعد
این پژوهش بهصورت عملی در پروژههای شرکت بهسازان لرزهای رعد به کار گرفته میشود، از جمله در:
- ارزیابی لرزهای پلهای موجود منظم و نامنظم
- تحلیل ایمنی درزهای انبساط و رفتار کولهها
- در نظر گرفتن اثرات برخورد بر رفتار ساختمان ها در طرح های مقاوم سازی
- مقایسه گزینههای مقاومسازی بر اساس کاهش ریسک واقعی
- تهیه گزارشهای فنی قابل دفاع برای کارفرمایان زیرساختی و نهادهای نظارتی
Scientific Achievement Description
Executive Summary
In reinforced concrete box-girder bridges with unequal-height piers, seismic response is strongly influenced by geometric irregularity and earthquake-induced pounding. This study demonstrates that neglecting pounding effects in conventional seismic analyses may lead to a significant underestimation of seismic risk and unsafe retrofit decisions.
The findings of this research constitute one of the scientific foundations of Ra’d Retrofit’s risk-driven approach to realistic seismic assessment of bridge infrastructure.
Scientific Contribution
This paper presents a comprehensive probabilistic seismic assessment framework for irregular RC box-girder bridges, explicitly accounting for the combined effects of pier-height irregularity, expansion joint gaps, ground-motion uncertainty, and deck–abutment interaction. Unlike simplified approaches, seismic pounding is treated as a governing mechanism that alters the global seismic response and vulnerability of bridge systems.
Engineering Problem Addressed
A key engineering question addressed in this study is:
Can the seismic performance of irregular bridges be reliably assessed without explicitly considering pounding effects?
The results clearly indicate that:
- Seismic pounding significantly modifies seismic demand levels
- Key parameters governing pounding intensity can be identified
- Ignoring pounding may lead to unconservative performance estimates
Methodology and Innovation
The study is based on:
- More than 1,400 nonlinear three-dimensional time-history analyses in OpenSees
- Multiple bridge configurations with varying levels of pier-height irregularity
- Explicit consideration of uncertainties in ground motions, geometry, material properties, and joint gaps
Key innovations include:
- Engineering relationships for estimating seismic pounding forces
- Simplified equivalent models for contact behavior
- Probabilistic evaluation of pounding occurrence based on adjacent span period ratios
Key Findings with Practical Value
The results show that:
- Expansion joint gap size is the most influential parameter governing pounding severity
- Increased pier-height irregularity leads to higher pounding forces and response dispersion
- Pounding demands in irregular bridges can be several times larger than those in regular bridges
- Selected intensity measures exhibit strong correlation with pounding forces
These findings directly support retrofit design, expansion joint detailing, and seismic risk mitigation.
Direct Application in Ra’d Retrofit Projects
The outcomes of this research are directly applied in Ra’d Retrofit’s engineering practice, including:
- Seismic assessment of existing irregular bridges
- Safety evaluation of expansion joints and abutments
- Risk-based comparison of retrofit strategies
- Preparation of technically defensible assessment reports for infrastructure owners
خلاصه کوتاه
این پژوهش به بررسی ارزیابی لرزهای احتمالاتی پلهای بتنآرمه جعبهای با پایههای نابرابر میپردازد و نشان میدهد که برخورد لرزهای میتواند نقش تعیینکنندهای در افزایش آسیبپذیری لرزهای داشته باشد. نتایج این مطالعه مبنای تصمیمگیریهای دقیقتر در طراحی درزها و مقاومسازی پلهای موجود است.
Short Summary
This study investigates the probabilistic seismic performance of RC box-girder bridges with unequal-height piers and highlights the significant role of earthquake-induced pounding in increasing seismic vulnerability. The findings support more reliable retrofit and expansion joint design decisions for existing bridges.
این مقاله بخشی از مسیر پژوهشی دکتر حسین رضائی در حوزه ارزیابی لرزهای مبتنی بر ریسک است. نتایج این پژوهش، بهعنوان یکی از مبانی علمی، در توسعه رویکردهای تحلیلی و تصمیمسازی مهندسی شرکت بهسازان رعد در پروژههای ارزیابی لرزهای و بهسازی سازههای زیرساختی مورد استفاده قرار میگیرد.
This publication is part of the long-term research pathway of Dr. Hossein Rezaei in risk-based seismic assessment.
Its findings provide scientific foundations for engineering decision-making frameworks adopted in Ra’d Retrofit Consulting Engineers for seismic assessment and retrofit of infrastructure systems.
Citation Box
Rezaei, H., Moayyedi, S. A., & Jankowski, R. (2020). Probabilistic seismic assessment of RC box-girder highway bridges with unequal-height piers subjected to earthquake-induced pounding. Bulletin of Earthquake Engineering, 18(4), 1547-1578.